1 概述

本博客的目的是总结自己编写C++程序的一些经验教训，为同仁提供一些参考。设计模式的重要性就不必说了。在经典的《设计模式-可复用面向对象软件的基础》一书中，四位作者以GUI软件作为例子，用C++98标准阐述了23种设计模式。但是2011年后，现代C++标准做了很大的变革，编程范式完全升级了。这本书并没有同步到C++11标准。市面上关于现代C++标准的书有一些，但是基于现代C++标准全面阐述设计模式的，至少我目前还没有见到。我这篇博客主要针对我自己用过的一些模式，提出一些实现和想法，因此肯定是不全面的。本博客的代码例子都是我自己写的，一定存在考虑不周之处。

由于现代C++的影响，国内影响力的作者对于设计模式、面向对象的思想做了很强有力的反思。例如陈硕的著作《Linux多线程服务端编程》；孟岩的博客《function/bind的救赎》等。我个人认为，可以不把设计模式绝对化，只要是好的经验，都可以是设计模式。设计模式也并不一定是面向对象的。例如，STL是典型的模板-泛型设计，不是面向对象的，这个似乎也可以作为通用库的一种设计模式。

设计模式究竟有很大的必要性吗？初学者读《设计模式》这本书，经常难以读懂，实际上，设计模式本身没有任何技术复杂性，大家觉得难是因为不具备这样的思维方式。当你真正有大量的开发经验的时候，就知道设计模式的重要性了。你见过有的程序有几百个全局变量，把所有的功能模块都耦合在一起，让你重构时无从下手吗？你见过混乱的继承体系，把原作者都绕晕的吗？你见过一个cpp文件有几万行，一个函数就有几千行吗？见得多了，就知道设计模式的重要性了。

下面我尝试从生理学的角度解释设计模式的作用。人的大脑思考机制，有些像计算机缓存-内存的机制。人在快速思考中不能处理过多的对象，如果思考的对象很多很复杂，需要把长期记忆区中的信息调取到缓存区，把缓存区的暂时不用的东西冲掉。长期记忆区与缓存区的切换越频繁，工作效率就越下降，而且下降的幅度很大。考虑一个设计糟糕的程序，你加一个简单的功能，都要修改十几处代码，那么，每切换一次修改位置，大脑都要重新建立该位置的工作场景和缓存；如果程序是良好设计的，有好的设计模式，那么，增加一个新功能，只需要在一个地方增加代码。这两者的工作效率差别非常惊人。有的大公司开发一个软件，几十个人干了一两年都不理想；同样功能的软件，小公司几个人就开发出来，而且打败了大公司，这样的例子实在太多了。

还可以从建筑的角度来类比。事实上，软件的结构与建筑的结构非常相似，设计模式这个词汇最初也来源于建筑。建设一个建筑物需要很多工人，每个工人职责范围都是很有限的。你看不到哪个工人一会在地基工作，一会儿又跑到顶楼；一会儿搅拌混凝土，一会儿开吊车。但是在软件工程领域，真的很多项目就是这样做事情的呢！

2 回调函数与function/bind

大家都熟悉调用函数，但是对回调却通常不熟悉。其实这涉及一个思维方式的转换。C++之父在《C++程序设计原理与实践(第2版)(进阶篇)》有一张图经典的说明函数调用和函数回调的区别。

常规函数与回调函数的主要区别是：常规函数何时调用，是函数本身的实现者可以决定的。而回调函数，是函数本身的编写者无法决定何时调用。上图GUI的例子是很典型的，你在GUI程序中设计一个点按钮功能的函数，但是你却不能决定何时调用这个函数。你必须设计成回调函数，注册到系统里面，由用户点击调用。

在C++11中，提供了function/bind机制，可以实现回调函数。把函数调用的行为绑定再转换成function对象，然后对function对象就可以进一步处理了。（包括可以传值到函数里面，暂时存储下来，等等）。这种机制带来了巨大的灵活性，相当于行为机制的抽象化。function/bind为设计模式中的行为模式，提供了一种更简化的实现方法。

在经典的《设计模式》一书中，反复强调：要多用组合，少用继承。因为继承是强耦合的，一旦设计确定，后面就不好修改了。尤其是你设计出庞大的、有几百个类的继承体系，突然发现这个设计有重大缺陷，或者新的需求用已有的继承体系很难处理，那需要很大的重构成本。

但是传统设计模式对于虚函数的继承依然无法完全避免，因为C++的运行时多态只有这种处理方法。但是function/bind提供一种新的选择，我们可以只有具体类，没有继承，照样可以实现运行时多态。下面给出简单的例子（每个人都可以轻松看懂），分别：

#include<iostream>

#include<memory>

using namespace std;

class Base

{

public:

       virtual     void method() = 0;

};

class Base_A:public Base

{

       public:

       void method()

       {

              cout << "method_A" << endl;

       }

};

void Do_somthing(shared_ptr<Base> base)

{

    base->method();

}

int main()

{

  shared_ptr<Base> base = make_shared<Base_A>();

  Do_somthing(base);

}

上面这是采取虚函数继承的方式。

#include<iostream>

#include<functional>

using namespace std;

class Base_A

{

       public:

       void method()

       {

              cout << "method_A" << endl;

       }

};

void Do_somthing(function<void()>f)

{

  f();

}

int main()

{

  Base_A base_;

  Do_somthing(bind(&Base_A::method,&base_));

}

这个是采取function/bind的方式。采取function/bind可以简化继承体系，降低功能模块的耦合度。

无论是哪种方式，关键点是Do_something函数与具体的实现解耦，以后如果新增了Base_B方法，无需修改Do_something函数。